JP2014159344A - Hydrogen generator and fuel cell system including the same, and method for generating hydrogen - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムの水素供給源である水素発生装置、及び、当該水素発生装置を用いた水素発生方法に関する。 The present invention relates to a hydrogen generator as a hydrogen supply source of a fuel cell system, and a hydrogen generation method using the hydrogen generator.
水中で使用されるロボットや海中でデータを収集する観測装置などには、電源装置が搭載される。電源装置の1つの方式に燃料電池がある。燃料電池には、酸素供給源と、水素供給源とされる水素発生装置が必要である。
水素発生装置は、反応容器内で水素発生剤と水素発生促進剤とを接触させて水素ガスを発生させる。水素発生剤は、NaBH4,LiBH4,LiH,NaH,MgH2,AlH3などの金属水素化物や、Na,Li,Mg,K,Alなどの金属があり、単体もしくはそれらを組合せたもので構成される。水素発生促進剤は、水やアルコールなどとされる。
Power supply devices are installed in underwater robots and observation devices that collect data in the sea. One type of power supply device is a fuel cell. A fuel cell requires an oxygen supply source and a hydrogen generator as a hydrogen supply source.
The hydrogen generator generates hydrogen gas by bringing a hydrogen generator and a hydrogen generator into contact with each other in a reaction vessel. Hydrogen generators include metal hydrides such as NaBH 4 , LiBH 4 , LiH, NaH, MgH 2 , and AlH 3, and metals such as Na, Li, Mg, K, and Al. Composed. The hydrogen generation accelerator is water or alcohol.
特許文献1及び特許文献2は、金属アルミニウムとアルカリ金属水酸化物(例えばNaOH)とを反応させて水素を発生させる装置を開示する。
特許文献3は、水素を燃料とする燃料電池に水素を供給する水素燃料発生装置を開示する。
燃料電池の水素発生装置には、以下の要件が求められる。
(1)容積が小さいとともに、容積の単位体積当たりの水素ガス発生量が大きいこと。(水素ガス発生機構が簡素であること。)
(2)室温でも起動が容易であること。
(3)反応温度の制御が容易であること。
(4)出力幅(水素ガスの発生速度)を広く取ることができ、制御性に優れ、作動中の停止や再起動を繰り返すことができること。
(5)燃料や酸化剤が特殊なものでなく、運用コストが安価であること。
The following requirements are required for a hydrogen generator for a fuel cell.
(1) The volume is small and the amount of hydrogen gas generated per unit volume is large. (The hydrogen gas generation mechanism must be simple.)
(2) Easy startup even at room temperature.
(3) The reaction temperature is easily controlled.
(4) The output width (hydrogen gas generation rate) can be widened, the controllability is excellent, and the stop and restart during operation can be repeated.
(5) The fuel and oxidant are not special and the operation cost is low.
特許文献1に記載される装置では、金属アルカリ含有物の投入及び反応容器からの反応生成物除去の必要があり、水素ガス雰囲気中に投入量制御用機構(符号8)や固形物排出手段(符号19)が設置されている。これらの機構は、水素漏れの原因となる他、反応状況次第では固形物の固着等の現象が付随するため排出が困難になるなど不具合原因となり得るとの問題があった。
特許文献2及び特許文献3に記載される装置では、アルミニウムの小片を水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液と反応させて水素を発生させている。この方式ではアルミニウムの投入機構が必要である。また、反応によりNaOHが消費されるので、反応を継続させるためには大量のNaOH水溶液を供給する必要があり、容積が大きい反応容器やNaOH供給源が必要である。このため、装置が複雑で大きくなるという問題があった。
In the apparatus described in
In the apparatus described in
本発明は、簡易な機構及び工程で水素発生剤と水素発生促進剤を接触させて、所定量の水素ガスを発生させる水素発生装置及びこれを用いた燃料電池システム、並びに、水素発生方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a hydrogen generator that generates a predetermined amount of hydrogen gas by contacting a hydrogen generator and a hydrogen generator with a simple mechanism and process, a fuel cell system using the same, and a hydrogen generation method. The purpose is to do.
本発明の第1の態様は、アルミニウムを主成分とする水素発生剤を収容し、底部に前記水素発生剤と反応可能であり、アルカリ金属の水酸化物を含む反応溶液を収納可能である反応容器と、前記水素発生剤を前記反応容器の上部から吊下げ支持可能とする支持部と、前記水素発生剤と前記反応溶液との反応により生成した水素ガスを前記反応容器から排出するための水素排出部と、前記反応容器の上部から、前記反応で消費された水を前記反応容器内に供給する反応溶液供給部と、前記反応溶液中の前記アルカリ金属の水酸化物の濃度を所定濃度内に管理すると共に、前記反応溶液の温度を所定値に制御する制御部とを備え、前記水素発生剤の下端部の所定領域を前記反応溶液と接触させて、前記水素発生剤と前記反応溶液とを反応させて所定量の前記水素ガスを発生させるとともに、前記アルカリ金属を含まない反応副生成物を前記反応容器の底部に堆積させる水素発生装置である。 In the first aspect of the present invention, a hydrogen generator containing aluminum as a main component is accommodated, a reaction capable of reacting with the hydrogen generator at the bottom, and a reaction solution containing an alkali metal hydroxide can be accommodated. Hydrogen for discharging from the reaction vessel hydrogen gas generated by the reaction of the vessel, the support that can suspend and support the hydrogen generator from the upper part of the reaction vessel, and the hydrogen generator and the reaction solution A reaction solution supply unit configured to supply water consumed in the reaction into the reaction vessel from an upper portion of the reaction vessel; and a concentration of the alkali metal hydroxide in the reaction solution within a predetermined concentration. And a control unit for controlling the temperature of the reaction solution to a predetermined value, a predetermined region at the lower end of the hydrogen generating agent is brought into contact with the reaction solution, and the hydrogen generating agent, the reaction solution, To react Together to generate the hydrogen gas amount is the reaction by-products which do not contain the alkali metal hydrogen generator which deposited on the bottom of the reaction vessel.
本発明の第2の態様は、アルミニウムを主成分とする水素発生剤を反応容器の上部から吊下げて前記反応容器)内に収納する収納工程と、アルカリ金属の水酸化物を含む反応溶液が前記反応容器内で所定の液面の高さになるまで、前記反応容器内に水を供給する反応溶液供給工程と、前記水素発生剤の下端部と前記反応溶液とが接触し、前記反応溶液中の前記アルカリ金属の水酸化物の濃度を所定濃度内に管理されると共に、前記反応溶液の温度が所定値に制御されて、前記水素発生剤と前記反応溶液との反応により所定量の水素ガスが発生するとともに、前記アルカリ金属を含まない反応副生成物が前記反応溶液の底部に堆積する反応工程と、前記水素ガスが前記反応容器から排出される排出工程とを含む水素発生方法である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a storing step of suspending a hydrogen generator mainly composed of aluminum from an upper portion of a reaction vessel and storing the hydrogen generating agent in the reaction vessel), and a reaction solution containing an alkali metal hydroxide. The reaction solution supplying step of supplying water into the reaction vessel until the predetermined liquid level is reached in the reaction vessel, the lower end portion of the hydrogen generating agent and the reaction solution are in contact with each other, and the reaction solution The concentration of the alkali metal hydroxide is controlled within a predetermined concentration, the temperature of the reaction solution is controlled to a predetermined value, and a predetermined amount of hydrogen is reacted by the reaction between the hydrogen generating agent and the reaction solution. A hydrogen generation method including a reaction step in which a reaction by-product containing no alkali metal is deposited on the bottom of the reaction solution and a discharge step in which the hydrogen gas is discharged from the reaction vessel while generating gas. .
本発明では、反応容器内に水素発生剤(アルミニウム)を吊下げて収納し、外部から水を供給する装置構成とした。水素発生剤を反応溶液に投入する特別な機構が無い。本発明の水素発生装置は上記特許文献と比較して簡素な構成で、反応溶液と水素発生剤とを接触できる。
また、水素発生剤と反応する反応溶液中のアルカリ金属の水酸化物の濃度及び反応溶液の温度を管理して、アルカリ金属を含まない反応副生成物が生成する条件で反応を実施する。こうすることにより、水素発生量の制御が容易となる。更には、水素発生反応ではアルミニウムと水のみが消費され、アルカリ金属水酸化物はあたかも触媒のような働きをして反応では消費されないことになる。従って、反応で消費される分の外部からアルカリ金属水酸化物を供給する必要がなくなる。本発明は、装置容積を小さくすることができるとともに、運用コスト及び装置メンテナンス費用を大幅に削減することができるので有利である。
In the present invention, a hydrogen generating agent (aluminum) is suspended and stored in the reaction vessel, and water is supplied from the outside. There is no special mechanism for charging the hydrogen generating agent into the reaction solution. The hydrogen generator of the present invention can contact the reaction solution and the hydrogen generating agent with a simple configuration as compared with the above-mentioned patent document.
Further, the reaction is carried out under the conditions that the reaction by-product containing no alkali metal is generated by controlling the concentration of the alkali metal hydroxide in the reaction solution that reacts with the hydrogen generator and the temperature of the reaction solution. By doing so, the control of the hydrogen generation amount becomes easy. Furthermore, in the hydrogen generation reaction, only aluminum and water are consumed, and the alkali metal hydroxide acts as a catalyst and is not consumed in the reaction. Therefore, it is not necessary to supply alkali metal hydroxide from the outside for the amount consumed in the reaction. The present invention is advantageous in that the apparatus volume can be reduced and the operation cost and apparatus maintenance cost can be greatly reduced.
第1の態様において、前記制御部が、前記水素排出部から排出された前記水素ガスの圧力及び温度に基づいて、前記反応容器中に収納される前記反応溶液中の前記アルカリ金属の水酸化物の濃度を1mol/L以上14mol/L以下に管理すると共に、前記反応溶液の温度を50℃以上150℃以下に制御することが好ましい。 1st aspect WHEREIN: The said control part is based on the pressure and temperature of the said hydrogen gas discharged | emitted from the said hydrogen discharge part, The hydroxide of the said alkali metal in the said reaction solution accommodated in the said reaction container It is preferable to control the concentration of the reaction solution to 1 mol / L or more and 14 mol / L or less, and to control the temperature of the reaction solution to 50 ° C. or more and 150 ° C. or less.
第2の態様では、前記反応工程において、前記反応容器中に収納される前記反応溶液中の前記アルカリ金属の水酸化物の濃度が、1mol/L以上14mol/L以下に管理されると共に、前記反応溶液の温度が50℃以上150℃以下に制御されることが好ましい。 In the second aspect, in the reaction step, a concentration of the alkali metal hydroxide in the reaction solution stored in the reaction vessel is controlled to 1 mol / L or more and 14 mol / L or less, and It is preferable that the temperature of the reaction solution is controlled to 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.
上記濃度及び温度に管理することにより、高い反応速度を確保しつつ、アルカリ金属を含む反応副生成物の生成を確実に防止することができる。 By controlling to the said density | concentration and temperature, the production | generation of the reaction by-product containing an alkali metal can be reliably prevented, ensuring a high reaction rate.
第1の態様において、前記反応容器の断面積に対する前記水素発生剤の断面積の比率が5倍以上15倍以下であることが好ましい。 1st aspect WHEREIN: It is preferable that the ratio of the cross-sectional area of the said hydrogen generating agent with respect to the cross-sectional area of the said reaction container is 5 to 15 times.
第2の態様において、前記反応容器の断面積に対する前記水素発生剤の断面積の比率が5倍以上15倍以下である前記水素発生剤が前記反応容器内に収容されることが好ましい。 2nd aspect WHEREIN: It is preferable that the ratio of the cross-sectional area of the said hydrogen generating agent with respect to the cross-sectional area of the said reaction container is 5 times or more and 15 times or less in the said reaction container.
上記比率とすると、反応溶液供給部からの水の供給により反応溶液が増加した分だけ水素発生剤が溶解することになる。この結果、アルカリ金属を含む反応副生成物の生成を防止することが可能となる。 If it is said ratio, a hydrogen generating agent will melt | dissolve by the part which the reaction solution increased by the water supply from the reaction solution supply part. As a result, it is possible to prevent the formation of a reaction byproduct containing an alkali metal.
第1の態様において、上端が前記反応容器の底部の壁と連結され上部の壁と離間して設置される第1隔壁が、前記反応容器の内部空間を複数の第1反応室に区切り、前記第1反応室内の各々が前記水素発生剤を収容し、前記反応溶液供給部が前記第1反応室の一室の上部に設けられ、前記反応溶液供給部が前記第1反応室の一室に前記水を供給し、前記第1隔壁と前記反応容器の上部の壁との間の空間を介して前記第1反応室の一室内の前記反応溶液が隣接する前記第1反応室の他の一室に流入可能であっても良い。 In the first aspect, a first partition wall whose upper end is connected to the bottom wall of the reaction vessel and is spaced apart from the upper wall divides the internal space of the reaction vessel into a plurality of first reaction chambers, Each of the first reaction chambers contains the hydrogen generating agent, the reaction solution supply unit is provided in an upper part of one chamber of the first reaction chamber, and the reaction solution supply unit is provided in one chamber of the first reaction chamber. The other one of the first reaction chambers to which the water is supplied and the reaction solution in one chamber of the first reaction chamber is adjacent via a space between the first partition and the upper wall of the reaction vessel. It may be possible to flow into the chamber.
第2の態様では、前記収納工程において、上端が前記反応容器の上部の壁と離間して設置される第1隔壁により前記反応容器の内部空間が複数に区切られた第1反応室内の各々に、前記水素発生剤が収納され、前記反応溶液供給工程において、前記第1反応室の一室に前記水が供給され、前記反応工程において、前記第1反応室の一室で前記アルカリ金属の水酸化物を含む前記反応溶液と前記第1反応室の一室内の前記水素発生剤とが接触して前記水素ガスが発生し、前記第1反応室の一室が前記反応溶液で満水になった後、前記反応溶液を収容する前記第1反応室の一室に隣接する前記第1反応室の他の一室に、前記反応溶液が流入しても良い。 In the second aspect, in the storing step, in each of the first reaction chambers, the inner space of the reaction vessel is divided into a plurality of spaces by a first partition wall whose upper end is set apart from the upper wall of the reaction vessel. In the reaction solution supplying step, the water is supplied to one chamber of the first reaction chamber, and in the reaction step, the alkali metal water is stored in one chamber of the first reaction chamber. The reaction solution containing oxide and the hydrogen generating agent in one chamber of the first reaction chamber contacted to generate the hydrogen gas, and one chamber of the first reaction chamber was filled with the reaction solution. Thereafter, the reaction solution may flow into another chamber of the first reaction chamber adjacent to the chamber of the first reaction chamber containing the reaction solution.
反応容器内に複数の水素発生剤を収容すると、1つの水素発生装置での水素発生量が増大する。この時、反応容器内を複数の反応室に区切って、各反応室で順次水素を発生させるようにすれば、水素の発生量のコントロールが容易であり、長時間の水素発生が可能となる。 When a plurality of hydrogen generating agents are accommodated in the reaction vessel, the amount of hydrogen generated in one hydrogen generator increases. At this time, if the inside of the reaction vessel is divided into a plurality of reaction chambers and hydrogen is sequentially generated in each reaction chamber, the amount of hydrogen generated can be easily controlled, and hydrogen generation can be performed for a long time.
第1の態様において、前記反応容器の底部の壁と上部の壁とに連結する第2隔壁が、前記反応容器の内部空間を複数の第2反応室に区切り、前記第2反応室の各々が前記水素発生剤を収容し、アルミニウムを主成分とする仕切りが前記第2隔壁の上部に設置され、前記反応溶液供給部が前記第2反応室の一室の上部に設けられ、前記反応溶液供給部が前記第2反応室の一室に前記水を供給し、前記反応溶液が前記仕切りを溶解させて、前記仕切りが設置された空間を介して前記第2反応室の一室内の前記反応溶液が隣接する前記第2反応室の他の一室に流入可能であっても良い。 In the first aspect, the second partition connected to the bottom wall and the top wall of the reaction vessel divides the internal space of the reaction vessel into a plurality of second reaction chambers, and each of the second reaction chambers A partition containing the hydrogen generating agent and containing aluminum as a main component is installed at an upper part of the second partition wall, the reaction solution supply unit is provided at an upper part of one chamber of the second reaction chamber, and the reaction solution supply The part supplies the water to a chamber of the second reaction chamber, the reaction solution dissolves the partition, and the reaction solution in the chamber of the second reaction chamber is disposed through a space in which the partition is installed. May be able to flow into another chamber of the second reaction chamber adjacent thereto.
この場合、前記第2反応室の他の一室が前記水を収容し、前記他の第2反応室と前記反応溶液供給部とが配管を介して連結し、前記配管に設置されたポンプが、前記他の第2反応室内の前記水を前記第2反応室の一室に搬送することが好ましい。 In this case, the other chamber in the second reaction chamber contains the water, the other second reaction chamber and the reaction solution supply unit are connected via a pipe, and a pump installed in the pipe is provided. Preferably, the water in the other second reaction chamber is transported to one chamber of the second reaction chamber.
第2の態様では、前記収納工程において、前記反応容器の底部の壁と上部の壁とに連結し、前記上部の壁側にアルミニウムを主成分とする仕切りが設置された第2隔壁により前記反応容器の内部空間が複数に仕切られた前記第2反応室内の各々に、前記水素発生剤が収納され、前記反応溶液供給工程において、前記第2反応室の一室に前記水が供給され、前記反応工程において、前記第2反応室の一室で前記アルカリ金属の水酸化物を含む前記反応溶液と前記第2反応室の一室内の前記水素発生剤とが接触して前記水素ガスが発生し、前記仕切りと前記第2反応室内の前記反応溶液とが接触して反応し、前記仕切りが前記反応溶液に溶解し、前記反応溶液を収容する前記第2反応室の一室に隣接する前記第2反応室の他の一室に、前記仕切りが設置されていた空間を通じて前記反応溶液が流入しても良い。 In the second aspect, in the storing step, the reaction is performed by a second partition wall connected to a bottom wall and an upper wall of the reaction vessel, and a partition mainly composed of aluminum is installed on the upper wall side. The hydrogen generating agent is accommodated in each of the second reaction chambers in which the internal space of the container is partitioned into a plurality, and in the reaction solution supply step, the water is supplied to one chamber of the second reaction chamber, In the reaction step, the hydrogen gas is generated by contacting the reaction solution containing the alkali metal hydroxide with the hydrogen generating agent in the second reaction chamber in one chamber of the second reaction chamber. The partition and the reaction solution in the second reaction chamber come into contact with each other to react, the partition dissolves in the reaction solution, and the second reaction chamber that accommodates the reaction solution is adjacent to the first reaction chamber. 2 In the other chamber of the reaction chamber, the partition The reaction solution may be introduced through installed which was space.
この場合、前記収納工程において、前記第2反応室の一室以外の前記第2反応室の他の一室に前記水が収納され、前記反応工程において、前記収納工程で収納された前記水が、前記第2反応室の一室に搬送されることが好ましい。 In this case, in the storing step, the water is stored in another chamber of the second reaction chamber other than the one of the second reaction chamber, and the water stored in the storing step is stored in the reaction step. The second reaction chamber is preferably transported to one chamber.
上述のように、反応容器内に複数の水素発生剤を収容すると、1つの水素発生装置での水素発生量が増大する。複数の反応室で順次水素を発生させるようにすれば、水素の発生量のコントロールが容易であり、長時間の水素発生が可能となる。
上記態様では、起動時に反応が行われる反応室以外の反応室に水が収容されており、この水が反応溶液供給部から反応容器に供給される。この構成とすることで、外部からに水供給量を低減させることができる。従って、水素発生装置の外部に設置される水供給源の容積が小さくて済み、装置容積を大幅に縮小することができる。
As described above, when a plurality of hydrogen generating agents are accommodated in the reaction vessel, the amount of hydrogen generation in one hydrogen generator increases. If hydrogen is sequentially generated in a plurality of reaction chambers, the amount of hydrogen generated can be easily controlled, and hydrogen generation for a long time becomes possible.
In the said aspect, water is accommodated in reaction chambers other than the reaction chamber in which reaction is performed at the time of starting, and this water is supplied to the reaction container from the reaction solution supply part. With this configuration, the amount of water supply from the outside can be reduced. Therefore, the volume of the water supply source installed outside the hydrogen generator is small, and the volume of the apparatus can be greatly reduced.
第1の態様において、前記制御部が、前記水の供給を停止させて前記水素ガスの発生を停止させるとともに、前記水の供給を再開して前記水素ガスの発生を再開させても良い。あるいは、前記反応容器の上部に、前記支持部を上下に移動可能な支持部可動装置を更に備え、前記制御部が前記支持部可動装置を駆動して、前記水素発生剤を上昇させて前記水素ガスの発生を停止させるとともに、前記水素発生剤を下降させて前記水素ガスの発生を再開させても良い。 In the first aspect, the control unit may stop the supply of water to stop the generation of the hydrogen gas, and restart the supply of water to restart the generation of the hydrogen gas. Alternatively, the apparatus further includes a support unit movable device that is capable of moving the support unit up and down at an upper portion of the reaction vessel, and the control unit drives the support unit movable device to raise the hydrogen generating agent to raise the hydrogen generator. The generation of gas may be stopped and the generation of hydrogen gas may be resumed by lowering the hydrogen generating agent.
第2の態様において、前記反応工程が、前記水の供給が停止される、あるいは、前記水素発生剤を上昇させることによって、前記水素ガスの発生を停止させる停止工程と、前記水の供給を再開する、あるいは、前記水素発生剤を下降させることによって、前記水素ガスの発生を再開させる再開工程とを更に含んでいても良い。 In the second aspect, the reaction step stops the supply of water, or stops the generation of the hydrogen gas by raising the hydrogen generating agent, and restarts the supply of water. Or a restarting step of restarting the generation of the hydrogen gas by lowering the hydrogen generating agent.
本態様の水素発生装置及び水素発生方法では、上述のように簡易な方法によって、反応途中での水素の発生の停止及び再開をすることができる。特に、支持部可動装置を設けて水素発生剤を上昇・下降させる場合は、水素発生剤と反応溶液との離間及び接触を迅速に行うことができる。 In the hydrogen generator and the hydrogen generation method of this aspect, the generation of hydrogen during the reaction can be stopped and restarted by a simple method as described above. In particular, when the support unit movable device is provided to raise and lower the hydrogen generating agent, the hydrogen generating agent and the reaction solution can be quickly separated and contacted.
本発明の第3の態様は、上記第1の態様の水素発生装置を備える燃料電池システムである。当該燃料電池は、装置容積が小さく運用コスト及びメンテナンスも安価であるので有利である。 A third aspect of the present invention is a fuel cell system provided with the hydrogen generator of the first aspect. The fuel cell is advantageous because it has a small device volume and is inexpensive to operate and maintain.
本発明の水素発生装置及び水素発生方法では、アルカリ金属を含む反応副生成物を生じさせず、見かけ上はアルミニウム(燃料)と水(酸化剤)との反応により水素ガスが発生される。アルカリ金属水酸化物は反応によって消費されないので、アルカリ金属水酸化物の使用量が少なくて済み、安価な運用コストで単位体積当たりの水素ガス発生量を大きくすることができる。
本発明の水素発生装置及び水素発生方法は、水素発生剤の下端部から反応させているので、複雑な機構が無くても水素発生剤と反応溶液との接触を確保することができ、反応途中での水素ガスの発生停止及び再開を容易に行うことができる。
In the hydrogen generator and the hydrogen generation method of the present invention, a reaction by-product containing an alkali metal is not generated, and apparently hydrogen gas is generated by a reaction between aluminum (fuel) and water (oxidant). Since the alkali metal hydroxide is not consumed by the reaction, the amount of the alkali metal hydroxide used is small, and the amount of hydrogen gas generated per unit volume can be increased at a low operating cost.
Since the hydrogen generating apparatus and the hydrogen generating method of the present invention are reacted from the lower end of the hydrogen generating agent, contact between the hydrogen generating agent and the reaction solution can be ensured without a complicated mechanism, and the reaction is in progress. It is possible to easily stop and restart the generation of hydrogen gas.
本発明の水素発生装置及び水素発生方法は、アルミニウムを燃料、水を酸化剤として水素ガスを発生させる。この反応の助剤として、アルカリ金属の水酸化物を用いる。反応式は以下のとおりである。
Al+MOH+3H2O→MAl(OH)4+1.5H2 …(1)
(M:Li,Na,K)
The hydrogen generator and the hydrogen generation method of the present invention generate hydrogen gas using aluminum as a fuel and water as an oxidant. An alkali metal hydroxide is used as an auxiliary for this reaction. The reaction formula is as follows.
Al + MOH + 3H 2 O → MAl (OH) 4 + 1.5H 2 (1)
(M: Li, Na, K)
式(1)で生成するMAl(OH)4は水に可溶であるが、反応容器内中に収納される反応溶液の温度、反応溶液の濃度、水素発生剤におけるアルカリ金属とAlのモル比(アルカリ金属/Al比)に応じて、Al(OH)3、AlO(OH)、M2O・Al2O3・2.5H2Oが反応副生成物として析出する。
MAl (OH) 4 produced by the formula (1) is soluble in water, but the temperature of the reaction solution stored in the reaction vessel, the concentration of the reaction solution, the molar ratio of alkali metal to Al in the hydrogen generator. depending on the (alkali metal / Al ratio), Al (OH) 3, AlO (OH), M 2 O · Al 2
式(1)で生成したMAl(OH)4からアルカリ金属を含む反応副生成物(M2O・Al2O3・2.5H2O)を析出させない条件とした場合、式(2)のようにMAl(OH)4からアルカリ金属水酸化物が生成する。
MAl(OH)4(+nH2O)→MOH+Al(OH)3(+nH2O) …(2)
(M:Li,Na,K)
If the resulting MAl (OH) 4 reaction by-products including the alkali metal from (M 2 O · Al 2 O 3 · 2.5H 2 O) conditions that do not precipitate the formula (1), formula (2) Thus, an alkali metal hydroxide is generated from MAl (OH) 4 .
MAl (OH) 4 (+ nH 2 O) → MOH + Al (OH) 3 (+ nH 2 O) (2)
(M: Li, Na, K)
従って、アルカリ金属を含む反応副生成物を生成させなければ、式(3)に示すように、見かけ上はアルミニウムと水のみから水素ガスを発生させることができ、アルカリ金属水酸化物は水素発生反応で消費されない。
Al+3H2O→Al(OH)3+1.5H2 …(3)
Therefore, unless a reaction by-product containing an alkali metal is generated, as shown in formula (3), hydrogen gas can be generated apparently from only aluminum and water, and an alkali metal hydroxide generates hydrogen. Not consumed in the reaction.
Al + 3H 2 O → Al (OH) 3 + 1.5H 2 (3)
以下では、アルカリ金属がNaの場合を例に挙げて、反応副生成物の析出条件を説明する。図1乃至図3は、NaOH水溶液の各濃度において、反応温度及びNa/Al比を変えたときに析出する固形物濃度のシミュレーション結果である。シミュレーションは、OLI System社の水溶液系平衡計算ソフトを使用して行った。図1はNaOH濃度:28mol/L、図2はNaOH濃度:14mol/L、図3はNaOH濃度7mol/Lの時を示している。図1乃至図3において、横軸はNa/Al比、縦軸は析出した固形物濃度(質量%)である。 Below, the case where the alkali metal is Na will be described as an example, and the deposition conditions for the reaction by-product will be described. FIG. 1 to FIG. 3 are simulation results of the concentration of solid matter that precipitates when the reaction temperature and the Na / Al ratio are changed in each concentration of the NaOH aqueous solution. The simulation was performed using an aqueous solution equilibrium calculation software manufactured by OLI System. 1 shows a NaOH concentration: 28 mol / L, FIG. 2 shows a NaOH concentration: 14 mol / L, and FIG. 3 shows a NaOH concentration of 7 mol / L. 1 to 3, the horizontal axis represents the Na / Al ratio, and the vertical axis represents the concentration of precipitated solid (% by mass).
NaOH濃度28mol/L(図1)は、20℃におけるNaOH飽和水溶液の濃度と略同一である。この濃度では、Na/Al比が1〜10の範囲で25℃、50℃、80℃のいずれにおいても、Na2O・Al2O3・2.5H2Oが析出する。析出する固形物量も10%程度から40%程度と高い割合となっている。
The NaOH concentration of 28 mol / L (FIG. 1) is substantially the same as the concentration of the saturated aqueous NaOH solution at 20 ° C. At this concentration, Na / Al ratio of 25 ° C. in the range of 1 to 10, 50 ° C., in any of the 80 ℃, Na 2 O · Al 2
NaOH濃度14mol/L(図2)は、20℃におけるNaOH飽和水溶液の濃度の1/2の濃度と略同一である。この濃度の場合、Na2O・Al2O3・2.5H2Oの析出量は低下する傾向にある。図2に示すように、25℃ではNa2O・Al2O3・2.5H2Oは析出する。しかし、50℃以上かつNa/Al比3以上とすると、Na2O・Al2O3・2.5H2Oの析出を抑制することができる。 The NaOH concentration of 14 mol / L (FIG. 2) is substantially the same as the concentration of 1/2 of the concentration of the saturated NaOH aqueous solution at 20 ° C. For this concentration, the amount of precipitated Na 2 O · Al 2 O 3 · 2.5H 2 O tends to decrease. As shown in FIG. 2, 25 ° C. in Na 2 O · Al 2 O 3 · 2.5H 2 O precipitates. However, if the 50 ° C. or higher and Na / Al ratio of 3 or more, it is possible to suppress the Na 2 O · Al 2 O 3 · 2.5H 2 O precipitation.
NaOH濃度7mol/L(図3)は、20℃におけるNaOH飽和水溶液の濃度の1/4の濃度と略同一である。この濃度の場合、Na2O・Al2O3・2.5H2Oは析出しない。 The NaOH concentration of 7 mol / L (FIG. 3) is substantially the same as the concentration of ¼ of the saturated NaOH aqueous solution at 20 ° C. For this concentration, Na 2 O · Al 2 O 3 · 2.5H 2 O is not deposited.
図1乃至図3から、反応溶液中のアルカリ金属水酸化物の濃度が、14mol/l以下、あるいは、飽和水溶液中のアルカリ金属水酸化物の濃度の1/2以下の濃度とし、反応温度を50℃以上とすれば、アルカリ金属を含む反応副生成物を生成させることなく式(3)により水素ガスを発生させることができる。
反応速度を考慮すると、アルカリ金属水酸化物の濃度は1mol/l以上(飽和溶液の1/30程度)が必要である。
反応温度が高すぎると、反応中の反応溶液の温度を管理が困難となる。このため、反応溶液を150℃以下として反応させることが好ましい。
From FIG. 1 to FIG. 3, the concentration of the alkali metal hydroxide in the reaction solution is 14 mol / l or less, or a concentration of 1/2 or less of the concentration of the alkali metal hydroxide in the saturated aqueous solution, and the reaction temperature is If it is 50 degreeC or more, hydrogen gas can be generated by Formula (3), without producing | generating the reaction byproduct containing an alkali metal.
Considering the reaction rate, the alkali metal hydroxide concentration needs to be 1 mol / l or more (about 1/30 of the saturated solution).
If the reaction temperature is too high, it becomes difficult to control the temperature of the reaction solution during the reaction. For this reason, it is preferable to make a reaction solution react at 150 degrees C or less.
本発明の水素発生装置の実施形態を、図面を参照して以下で説明する。
水素発生装置は、例えば水中ロボットや水中観測装置に搭載される燃料電池システムに適用される。図4は、燃料電池システムの一実施形態の概略図である。燃料電池システム1は、燃料電池2、酸素発生装置5、及び水素発生装置10を備える。燃料電池2は、リチウム2次電池3に接続され、リチウム2次電池3は負荷4に接続される。
Embodiments of the hydrogen generator of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The hydrogen generator is applied to a fuel cell system mounted on, for example, an underwater robot or an underwater observation device. FIG. 4 is a schematic diagram of one embodiment of a fuel cell system. The
燃料電池2は酸素供給部6を介して酸素発生装置5と接続される。酸素発生装置5は、内部に液体酸素を収納する容器を備える。液体酸素を収納する容器は、高圧酸素を封入したボンベであってもよい。
The
水素発生装置10は、燃料として水素発生剤を収容する。水素発生装置10は、上部に設けられた水素排出部32から水素供給部7を介して燃料電池2と接続される。水素供給部7に調圧弁8が設けられ、調圧弁8により水素発生装置で発生した水素ガスが燃料電池2に供給される流量が調節可能となっている。水素発生装置10は、反応溶液を冷却する第1冷却器15を備える。
The
酸素供給部6及び水素供給部7には、酸素及び水素が燃料電池2に流入する直前において、熱交換器9が設置される。熱交換器は高温の水素ガスの熱を低温の酸素に伝えるものである。また、熱交換器を設置せずに、別の手段により酸素の加熱と水素ガスの冷却を行う装置を設置しても良い。
A
タンク11は配管を介して燃料電池2と接続される。この配管には、燃料電池からの水を冷却するための第3冷却器17が設置される。燃料電池2から排出された水は、酸化剤としてタンク11に貯留される。
The
水素発生装置10とタンク11とは、反応溶液供給配管12により連結される。反応溶液供給配管12はポンプ13及び第2冷却器16を備える。反応溶液供給配管12は、ポンプ13の下流側(水素発生装置10側)に起動装置14を備えていても良い。起動装置14内には、水素発生装置10内の燃料と酸化剤との反応を開始させるためのアルカリ金属の水酸化物(固体または水溶液)が収納されている。アルカリ金属の水酸化物は、具体的にNaOH、LiOHまたはKOHである。なお、燃料電池システム1において起動装置14は設置されなくても良い。
The
水素発生装置10は、制御部20を含む。制御部20は、水素供給部7に設置される温度計21及び圧力計22と接続する。温度計21及び圧力計22は、調圧弁8の水素ガス上流側に設置される。制御部20は、第1冷却器15のポンプ18、第2冷却器16のポンプ19、及び、ポンプ13と接続する。
The
<第1実施形態>
図5は、第1実施形態に係る水素発生装置の概略図である。水素発生装置10は、反応容器30、支持部31、水素排出部32、及び、反応溶液供給部33を備える。
<First Embodiment>
FIG. 5 is a schematic view of the hydrogen generator according to the first embodiment. The
反応容器30は、内部に水素発生剤34を収容する。反応容器30は耐圧容器であるとともに、上記アルカリ水溶液に対する耐腐食性がある材質のものが選定される。なお、図5では第1冷却器は省略されている。
The
本実施形態において、水素発生剤34はアルミニウムを主成分とする。本実施形態で使用できるアルミニウムの純度は、好ましくは99%以上、更に好ましくは99.9%以上である。反応容器30の上部の壁に支持部31が設置され、支持部31が水素発生剤34を鉛直方向に吊下げて支持する。図5では1つの反応容器30内に支持部31及び水素発生剤34がそれぞれ1つ設置されているが、複数の水素発生剤34が複数の支持部31に支持される構成としても良い。
In this embodiment, the
図5において、支持部31は反応容器30の上部の壁から突出する治具である。あるいは、支持部31としてネジを用い、反応容器30の上部の壁に水素発生剤34を直接固定しても良い。または、支持部31として反応容器30の上部の壁に段差を設け、水素発生剤34をこの段差に引掛ける構成としても良い。
反応容器30が、底面の方が上面よりも面積が小さくなるように斜めの側壁を有する形状とすることにより、例えば支持部31から水素発生剤34が脱落した場合でも底部にずり落ちることを防止できる。
In FIG. 5, the
By making the
水素発生剤34は、円柱、角柱などの柱状のアルミニウム棒が使用できる。柱状の水素発生剤は製造が容易である。また、反応溶液との接触面積を小さくすることができ、反応制度の制御性に優れる。一方で、柱状の場合は反応副生成物が水素発生剤34下方の限定された領域に堆積しやすい。
As the
あるいは、図6に示すように、水素発生剤40は断面が格子状になるようにアルミニウム板を組み合わせた物を使用しても良い。図6の水素発生剤40は反応溶液との接触面積が大きいため、反応速度(単位時間当たりの水素ガス発生量)を増大させることができる。また、反応副生成物の堆積領域を均一化することができる。
Or as shown in FIG. 6, you may use the thing which combined the aluminum plate so that a
水素発生剤34は、反応容器30の断面積に対する断面積が5倍以上15倍以下とされる。これは、水素発生剤34が反応して、アルカリ金属を含まない反応生成物を発生させる場合の体積膨張の倍数に対応したものである。この範囲にすることにより、後述するように水素発生剤34と反応容器30内の反応溶液とが接触して反応する際に、反応溶液面の増分だけ水素発生剤(アルミニウム)34を溶解させることができる。
The
水素排出部32及び反応溶液供給部33は、反応容器30において、支持部31により支持された水素発生剤34の上端よりも上部に設置される。水素排出部32は、水素供給部7と連結する。反応溶液供給部33は、反応溶液供給配管12に接続する。
The
高い水素発生量を確保するために、燃料電池システム1は図5の水素発生装置10を複数備えることができる。
In order to ensure a high hydrogen generation amount, the
第1実施形態の水素発生装置10を用いた水素発生方法を図5を用いて説明する。
<収納工程>
水素発生剤34を反応容器30内の上部の壁に設置された支持部31によって鉛直方向に吊下げて収納する。起動装置14を設置しない場合は、反応容器30内にアルカリ金属の水酸化物(NaOH、LiOHまたはKOH)の固体または水溶液が収納される。このとき、アルカリ金属の水酸化物と水素発生剤34とは接触させないようにする。
A hydrogen generation method using the
<Storage process>
The
<反応溶液供給工程(図5(a))>
ポンプ13が作動し、タンク11内の水が反応容器30に向かって搬送される。図4のように起動装置14を設置する場合、水が起動装置14内のアルカリ金属水酸化物と混合する。そして、アルカリ金属水酸化物の水溶液が、反応溶液として起動装置14から反応溶液供給部33を通じて反応容器30内に供給される。起動装置14内が水で置換された後は、反応溶液として水が反応容器30内に供給される。
<Reaction solution supply step (FIG. 5A)>
The
起動装置を設けない場合は、タンク11内の水がポンプにより反応溶液供給部33から反応容器30内に供給される。反応容器30内で、水とアルカリ金属水酸化物とが混合し、反応溶液が生成する。
When the activation device is not provided, the water in the
<反応工程(図5(a))>
反応容器30に蓄積された反応溶液35と水素発生剤34とが接触して反応し、水素ガスが発生する。これにより、水素発生装置10が起動される。
<Reaction process (FIG. 5A)>
The
反応が継続すると、水素発生剤34が消費されて水素発生剤34の下端部が上昇するとともに、反応溶液35の液面が上昇する。水の供給は連続的であっても良いし、間欠的であっても良い。
As the reaction continues, the
本実施形態においては、反応工程はアルカリ金属を含む反応副生成物が析出しない条件で、反応溶液35と水素発生剤34とが反応する。すなわち、反応溶液35中のアルカリ金属水酸化物の濃度が1mol/L以上14mol/L以下(または飽和水溶液中のアルカリ金属の水酸化物の濃度の1/2以下の濃度)に管理されるとともに、反応溶液の温度が50℃以上150℃以下に制御される。
上記条件で式(1)〜(3)により生成した反応副生成物のうちAl(OH)3、AlO(OH)は、反応容器30底部に堆積し、堆積層37が形成される。
In the present embodiment, in the reaction step, the
Al (OH) 3 and AlO (OH) among the reaction by-products generated by the formulas (1) to (3) under the above conditions are deposited on the bottom of the
反応溶液35中に堆積される反応副生成物が多くなると、水素発生剤34表面での反応が阻害されて反応速度が低下する。これを防止するために、反応溶液供給部33から供給される水は、反応容器30底部に貯留される反応溶液が攪拌されず、表層にアルカリ金属水酸化物水溶液だけが生成しやすいように供給されることが好ましい。例えば、反応容器30の壁面、もしくは水素発生剤34を伝って水が供給されたり、噴霧により水を供給する。
When the amount of reaction byproducts deposited in the
上記のように反応溶液を積極的に攪拌しない状況では、反応副生成物及びアルカリ金属水酸化物水溶液(反応溶液)は水に比べて比重が大きいため、反応容器30底部から順に反応副生成物の堆積層37、反応溶液と反応副生成物の混合層36、反応溶液35の層が形成されることになる。反応溶液供給部33から流れた水による緩やかな攪拌や拡散により、アルカリ金属水酸化物が混合層36から上層に移動することにより、水素発生剤34が浸漬する部分の反応溶液の濃度は混合層に比べて比較的低濃度である。堆積した反応副生成物の隙間(粒子間)に反応溶液(アルカリ金属水酸化物水溶液)が存在する。この反応溶液は水素発生剤34との反応には寄与できない。反応容器30上部から水が供給されるため、水素発生剤34近傍の反応溶液濃度は低下する。従って、反応工程中に、反応副生成物の間に取り込まれて濃度が低下した分のアルカリ金属水酸化物の水溶液が、反応溶液供給部33から補充される。これを目的として、反応容器30にアルカリ金属水酸化物の濃度を計測する濃度計測部が設けられても良い。
追加されるアルカリ金属水酸化物の水溶液は、図4の反応溶液供給配管12に設けられた供給路(不図示)から供給される。当該供給路は、ポンプ13の上流側に設置されても良いし、起動装置14に連結されても良い。
In the situation where the reaction solution is not actively stirred as described above, the reaction by-product and the alkali metal hydroxide aqueous solution (reaction solution) have a higher specific gravity than water, and thus the reaction by-product in order from the bottom of the
The added aqueous solution of alkali metal hydroxide is supplied from a supply path (not shown) provided in the reaction
<排出工程(図5(a))>
反応容器30内で発生した水素は、水素排出部32から排出される。
反応容器30内の水素発生剤34が全て反応した場合、上記反応工程及び排出工程は終了する。
<Discharge process (FIG. 5A)>
Hydrogen generated in the
When all the
燃料電池2の出力は、水素ガス発生量に比例する。反応工程での水素ガス発生量は、以下の方法により制御される。
水素発生装置10から排出された水素ガスの圧力及び温度が、それぞれ圧力計22及び温度計21により計測される。制御部20は、圧力及び温度の計測値をモニタリングする。
The output of the
The pressure and temperature of the hydrogen gas discharged from the
(A)圧力制御
反応溶液供給部33からの水供給量Gw(kg/min)は次式で表される。
Gw=Gwr+Gws …(4)
Gwr:水素発生剤(アルミニウム)と反応する水量(kg/min)
Gws:反応に寄与しない水量(反応副生成物間に残留する反応溶液量)(kg/min)
(A) Pressure control The water supply amount Gw (kg / min) from the reaction
Gw = Gwr + Gws (4)
Gwr: amount of water that reacts with the hydrogen generator (aluminum) (kg / min)
Gws: amount of water not contributing to the reaction (reaction solution amount remaining between reaction by-products) (kg / min)
水素ガス発生量Gh2(kg/min)は、水素発生剤の溶解速度に対応したGwに比例する。水素発生容器内の圧力Prの変動分ΔPrは、水素発生装置10での水素ガス発生量Gh2と燃料電池2での水素消費量Gfc(kg/min)との差分に比例する。すなわち、式(5),(6)で表される。
ΔPr∝(Gh2−Gfc) …(5)
Pr∝∫(Gh2−Gfc)dt …(6)
The hydrogen gas generation amount Gh2 (kg / min) is proportional to Gw corresponding to the dissolution rate of the hydrogen generating agent. The variation ΔPr of the pressure Pr in the hydrogen generation container is proportional to the difference between the hydrogen gas generation amount Gh2 in the
ΔPr∝ (Gh2−Gfc) (5)
Pr∝∫ (Gh2-Gfc) dt (6)
実際には、反応温度や反応副生成物の生成状況により、Gwは変化する場合がある。Gfcは一定出力時において一定である。Gh2は反応温度の影響が大きい。また、Gh2は調圧弁8の上流側及び下流側で過渡的には独立している。上記の条件があるため、制御部20は、圧力計22で計測される圧力Prが所定値に近づくように(所定の数値範囲内となるように)、Gwを制御する。
Actually, Gw may change depending on the reaction temperature and the production status of reaction byproducts. Gfc is constant at constant output. Gh2 is greatly affected by the reaction temperature. Gh2 is transiently independent on the upstream side and the downstream side of the
制御部20は、反応溶液供給配管12に設置されるポンプ13により反応容器30への水供給量の制御を行う。ポンプ13が定容量型である場合、制御部20がポンプの回転数を制御して水供給量を制御する。ポンプ13が遠心型ポンプである場合、反応溶液供給配管12に流量計が設置され、制御部20が反応溶液供給配管14を流通する水の流量をモニタリングしながら水供給量を制御する。
The
(B)温度制御
水供給量が一定の場合、水温が高い程反応速度が大きくなり、水素ガス発生量Gh2が大きくなる。式(3)は発熱反応であり、反応の進行により反応溶液の温度が上昇する。本実施形態では、上述した反応溶液温度(50℃〜150℃)に管理するため、反応容器30内からの水素ガス温度、タンク11からの水供給量及び水温を制御する。
(B) Temperature control When the water supply amount is constant, the reaction rate increases as the water temperature increases, and the hydrogen gas generation amount Gh2 increases. Formula (3) is an exothermic reaction, and the temperature of the reaction solution rises as the reaction proceeds. In this embodiment, in order to manage to the reaction solution temperature (50 degreeC-150 degreeC) mentioned above, the hydrogen gas temperature from the inside of the
具体的に、制御部20は、第2冷却器16のポンプ19を作動させる。第2冷却器16は、熱交換によりタンク11から供給される水の温度を50℃以下に冷却する。
Specifically, the
制御部20は、温度T1,T2,T3(T1<T2<T3)を格納する。温度T1及びT2は、本実施形態の水素ガス温度である50℃〜150℃の範囲内の温度である。燃料電池の出力に応じて、温度T1及びT2が適宜設定される。例えば、T1=80℃、T2=120℃である。温度T3は反応温度の上限値150℃である。以下では反応温度範囲内で温度2点(T1,T2)を閾値としたが、1点でも良いし複数点でも良い。ただし、温度管理及び制御性の観点から、閾値を2点とすることが好ましい。
The
温度計21で計測された水素ガス温度TがT<T1である場合、第1冷却器15は作動しない。また、制御部20は、所定の流量Gwsでタンク11内の水を反応容器30に供給するようにポンプ13の回転数を維持する。
If the hydrogen gas temperature T measured by the
水素ガス温度TがT1≦T≦T2である場合、制御部20は、第1冷却器15を作動させる。制御部20は、水素ガス温度Tに応じて第1冷却器15のポンプ18の回転数を変動させて、第1冷却器15への循環水供給量を変動させる。具体的に、制御部20は温度T1,T2、及び、温度T2でのポンプ18の回転数の設定値Rsを格納しており、T1,T2,Rsに基づいて、計測される水素ガス温度Tが増加するに伴い、ポンプ18の回転数を線形的に増加させる。この時、制御部20は、反応溶液供給部33からの水供給量Gwsは維持する。
When the hydrogen gas temperature T is T 1 ≦ T ≦ T 2 , the
水素ガス温度TがT2<T≦T3である場合、制御部20は、第1冷却器15のポンプ18の回転数を、T2での回転数の設定値Rsに維持する。また、制御部20は、水素ガス温度Tに応じてポンプ13の回転数を変動させて、反応溶液供給部33からの水の供給量を低下させる。具体的に、制御部20は、温度T2,T3、温度T2での水供給量Gws2、温度T3での水供給量Gws3を格納する。但し、Gws2=Gwsであり、Gws3=0である。制御部20は、T2,T3,Gws2,Gws3に基づいて、計測される水素ガス温度Tが増加するに伴い、ポンプ13の回転数を線形的に低下させる。
When the hydrogen gas temperature T is T 2 <T ≦ T 3 , the
制御部20は、T>T3である場合、水素ガス温度がT3以下になるまで、第1冷却器15のポンプ18の回転数を設定値Rsに維持するとともに、反応溶液供給部33からの水供給を停止する。
When T> T 3 , the
<停止工程(図5(b))>
水素発生剤34が残存する状態で水素発生を停止する場合、制御部20はポンプ13を停止させてタンク11からの水供給を停止する。ポンプ13停止後、反応溶液に浸漬していた部分の水素発生剤34は反応溶液と反応するが、水素発生剤34と反応溶液とが接触しなくなると、水素の発生が停止する。
<Stopping process (FIG. 5B)>
When stopping the hydrogen generation with the
<再開工程(図5(c)(d))>
水素の発生を再開する場合、制御部20はポンプ13を作動させて、反応容器30内に水を供給する。この時、反応溶液供給部33から供給される水は、反応容器30底部に貯留される反応副生成物及び反応溶液が攪拌されず、表層にアルカリ金属水酸化物水溶液だけを生成しやすいように、反応容器30の壁面や水素発生剤34を伝って水が供給されたり、噴霧される。反応副生成物及びアルカリ金属水酸化物水溶液は水に比べて比重が大きいため、図5(c)に示すように、供給された水は混合層36上に反応溶液35の層を形成する。混合層36との濃度差による拡散により、及び、壁面を伝って水が流れた際に壁面付近で混合層36と水とが混合することにより、この層は低濃度のアルカリ金属水酸化物を含むことになる。水素発生剤34と反応溶液35とが接触することにより活性状態に戻る。これにより、図5(d)のように式(1)〜(3)が開始されて水素の発生が再開し、停止前の反応状態に戻る。
<Resuming step (FIGS. 5C and 5D)>
When restarting the generation of hydrogen, the
<第2実施形態>
図7は、第2実施形態の水素発生装置の概略図である。図7において、図4,5と同じ構成要素には同じ符号が付されている。
Second Embodiment
FIG. 7 is a schematic diagram of the hydrogen generator of the second embodiment. In FIG. 7, the same components as those in FIGS.
図7(a)に示すように、第2実施形態の水素発生装置50では、反応容器30の外側上部に、支持部可動装置51が設置される。支持部可動装置51は支持部31に接続される。支持部可動装置51は、支持部31を上下に移動可能とする。支持部31の移動に伴い、水素発生剤34も上下に移動する。支持部可動装置51は、制御部20に接続される。
As shown in FIG. 7A, in the
第2実施形態の水素発生装置の運転方法を、図7を用いて説明する。第2実施形態では、収納工程、反応工程、及び、排出工程は第1実施形態と同様とされる。本実施形態は、停止工程及び再開工程が第1実施形態と異なる。 The operation method of the hydrogen generator according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the storage process, the reaction process, and the discharge process are the same as those in the first embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in the stop process and the restart process.
<停止工程(図7(b))>
水素発生剤34が残存する状態で水素発生を停止する場合、制御部20はポンプ13を停止させてタンク11からの水供給を停止する。ポンプ13の停止と同時に、制御部20は支持部可動装置51を作動させて、支持部31を反応容器30上方に変位させる。これにより、水素発生剤34も反応容器30の上方に変位する。水素発生剤34の下端部が反応溶液35の液面よりも上方に位置すると、水素の発生が停止する。
<Stop process (FIG. 7B)>
When stopping the hydrogen generation with the
<再開工程>
水素の発生を再開する場合、制御部20はポンプ13を作動させて、反応溶液供給部33から反応容器30内に水を供給する。制御部20は支持部可動装置51を作動させて、支持部31を反応容器30下方に変位させる。そして、図7(a)のように水素発生剤34と反応溶液35とが接触して、式(1)〜(3)が開始されて水素の発生が再開する。
<Resumption process>
When restarting the generation of hydrogen, the
本実施形態のように支持部可動装置51を設置すると、停止工程及び再開工程において制御部20の指令から水素発生が停止または再開するまでの時間遅れを大幅に短縮することができ、反応途中での水素発生停止及び再開を迅速に行うことができる。
When the support unit
<第3実施形態>
図8は、第3実施形態の水素発生装置の概略図である。図8において、図4,5と同じ構成要素には同じ符号が付されている。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is a schematic view of the hydrogen generator of the third embodiment. In FIG. 8, the same components as those in FIGS.
第3実施形態の水素発生装置60は、図8(a)に示すように、反応容器30内が隔壁(第1隔壁)61により複数の反応室62a〜62c(第1反応室)に分割されている。隔壁61は反応容器30の底部の壁に連結し、上部の壁に連結されていない。反応室は、紙面奥行方向にも複数設置されることができる。図8(a)では、隔壁61の上端部は水素発生剤34の上端よりも下方に位置しているが、上方に位置していても良いし、隔壁61の上端部と水素発生剤の上端の位置が一致していても良い。
In the
図8(a)では、1つの反応室62a〜62cのそれぞれに1つの水素発生剤34が収納されているが、1つの反応室62a〜62cに対して複数の水素発生剤34が収納されていても良い。
In FIG. 8A, one
反応容器30上方の一つの反応室62a(第1反応室の一室)に対応する位置に、反応溶液供給部33が設けられる。他の反応室62b,62c(第1反応室の他の室)に対応する位置には、反応溶液供給部は設置されていない。
A reaction
第3実施形態の水素発生装置60を用いた水素発生方法を図8を用いて説明する。
<収納工程(図8(a))>
水素発生剤34が反応容器30内の隔壁61により分割されたそれぞれの第1反応室の上部の壁に設置される支持部31によって鉛直方向に吊下げて収納される。起動装置14を設けない燃料電池システム1では、図8(a)に示すように、反応溶液供給部33が設けられる反応室62aの底部には、アルカリ金属水酸化物63が収容される。このアルカリ金属水酸化物は、固体でも良いし、水溶液であっても良い。
A hydrogen generation method using the
<Storing process (FIG. 8A)>
The
<反応溶液供給工程(図8(b))>
ポンプ13が作動し、タンク11内の水がタンク11から反応容器30に向かって搬送される。水が反応溶液供給部33から反応室62aに流入し、反応室62a内でアルカリ金属水酸化物と水とが混合して反応溶液が生成する。
図4のように起動装置14を設置する場合は、起動装置14内でアルカリ金属水酸化物と混合し生成した反応溶液が、反応溶液供給部33から反応室62aに流入する。
<Reaction solution supply step (FIG. 8B)>
The
When installing the
<反応工程(図8(c))>
反応溶液と反応室62a内の水素発生剤34とが接触すると、第1実施形態と同様に、式(1)〜(3)により水素が発生する。反応溶液供給部33からの水の供給が継続されると、反応溶液は反応室62aから溢れ、反応室62aに隣接する反応室(図8では反応室62b)に流入する。反応室62a内では反応溶液の液面が隔壁61の上端に到達し、反応室62a内での反応溶液の液面上昇が停止する。反応室62a内の水素発生剤34の端部が反応溶液と接触しなくなると、反応室62a内での水素発生は終了する。
<Reaction process (FIG. 8C)>
When the reaction solution and the
反応室62b内では反応室62aから反応溶液が供給され、反応溶液の水位が上昇する。水素発生剤34と反応溶液とが接触すると、第1実施形態と同様に、式(1)〜(3)により水素が発生する。反応室62b内の反応溶液の水位が隔壁61の上端に到達すると、反応室62cに反応溶液が流入するとともに、反応室62b内での水素発生が終了する。
この反応工程は、反応容器30内の全ての水素発生剤34が反応終了するまで繰り返される。
In the
This reaction process is repeated until all the
上記反応工程中に反応副生成物の間に取り込まれた濃度が低下した場合は、第1実施形態と同様に、反応溶液供給部33からアルカリ金属水酸化物の水溶液が補充される。
When the concentration taken in between the reaction by-products during the reaction step decreases, an aqueous solution of alkali metal hydroxide is replenished from the reaction
<排出工程(図8(b)(c))>
発生した水素は、隔壁61の上端と反応容器30の上部の壁との間の空間を通って、水素排出部32を通じて水素発生装置60から排出される。
<Discharge process (FIGS. 8B and 8C)>
The generated hydrogen passes through the space between the upper end of the
<停止工程、再開工程>
第3実施形態の水素発生装置60で水素発生剤34が残存する状態で水素発生を停止する場合は、第1実施形態と同様のステップにより停止工程及び再生工程が実施される。
<Stopping process, resuming process>
In the
第3実施形態の別の例として、水素発生装置60は、第2実施形態で説明した支持部可動装置を備えていても良い。この場合、第2実施形態で説明したように、停止工程及び再生工程で支持部可動装置を用いて水素発生剤を上下に変位させる。
As another example of the third embodiment, the
<第4実施形態>
図9は、第4実施形態の水素発生装置の概略図である。図9において、図4,5,8と同じ構成要素には同じ符号が付されている。
<Fourth embodiment>
FIG. 9 is a schematic view of the hydrogen generator of the fourth embodiment. In FIG. 9, the same components as those in FIGS.
第4実施形態の水素発生装置70は、図9(a)に示すように、反応容器30内が隔壁(第2隔壁)61により複数の反応室72a〜72c(第2反応室)に分割されている。隔壁61は反応容器30の底部の壁に連結されると共に上部の壁にも連結されている。隔壁61の上部の壁側には、それぞれアルミニウムを主成分とする仕切り73a,73bが設置される。反応室72a〜72cは、紙面奥行方向にも複数設置されることができる。図9(a)では仕切り73a,73bの下端部は水素発生剤34の上端よりも下方に位置しているが、上方に位置していても良いし、仕切り73a,73bの下端部と水素発生剤の上端の位置が一致していても良い。
In the
図9(a)では、1つの反応室に対して1つの水素発生剤34が収納されているが、1つの反応室に対して複数の水素発生剤34が収納されていても良い。
In FIG. 9A, one
一つの反応室72a(第2反応室の一室)の上方に、反応溶液供給部33が設けられる。他の反応室72b,72c(第2反応室の他の一室)には反応溶液供給部は設置されない。
A reaction
反応溶液供給部33が設置されていない反応室72b,72c内には、水78が充填されている。反応室72b,72cの底部は、循環ライン74により連結されている。循環ライン74はポンプ75を有する。各反応室72b,72cからのラインにそれぞれバルブ76a,76bが設置される。循環ライン74の途中に、反応溶液供給配管12が接続される。
反応室72a〜72cの各々に水素排出部77a〜77cが設置される。水素排出部77a〜77cは、水素供給部7に接続する。
第4実施形態の水素発生装置70を用いた水素発生方法を図9を用いて説明する。
<収納工程(図9(a))>
第1実施形態と同様に、水素発生剤34が反応容器30内反応容器30内の隔壁61により分割されたそれぞれの第2反応室72a〜72bの上部の壁に設置される支持部31によって鉛直方向に吊下げて収納される。また、起動装置14を設けない燃料電池システム1では、図8(a)に示すように、反応溶液供給部33が設けられる反応室72aの底部には、アルカリ金属水酸化物63が収容される。このアルカリ金属水酸化物は、固体でも良いし、水溶液であっても良い。
反応室72b,72c内の水78にアルミニウムを主成分とする水素発生剤34及び仕切り73a,73bが接触していても、アルカリ成分が無い状態であるため、式(1)〜(3)の反応は進行しない。
A hydrogen generation method using the
<Storing process (FIG. 9A)>
Similarly to the first embodiment, the
Even if the
<反応溶液供給工程(図9(a)(b))>
ポンプ75が作動しバルブ76aが開放されると、循環ライン74により反応室72b内の水78が反応室72aに向かって搬送される。水が反応溶液供給部33から反応室72aに流入し、反応室72a内でアルカリ金属水酸化物と水とが混合して反応溶液が生成する。
<Reaction Solution Supply Step (FIGS. 9A and 9B)>
When the
図4のように起動装置14を設置する場合は、ポンプ13が作動し、タンク11内の水が起動装置14に流入する。起動装置14内でアルカリ金属水酸化物と混合し生成した反応溶液が、反応溶液供給部33から反応室72aに流入する。
When the
<反応工程(図9(c))>
反応溶液と反応室72a内の水素発生剤34とが接触すると、第1実施形態と同様に、式(1)〜(3)により水素が発生する。反応室72a内の反応溶液の液面が仕切り73aに到達すると、仕切り73aと反応溶液との間で式(1)〜(3)の反応が起こる。この反応により、仕切り73aが溶解し、反応室72aと72bとの間で貫通する。
<Reaction process (FIG. 9 (c))>
When the reaction solution and the
反応溶液供給部33からの水の供給が継続されているので、反応溶液は反応室72aから仕切り73aの貫通部分を通って、反応室72aに隣接する反応室72bに流入する。反応室72a内では反応溶液の液面上昇が停止する。反応室72a内の水素発生剤34の端部が反応溶液と接触しなくなると、反応室72a内での水素発生は終了する。
Since the supply of water from the reaction
反応室72b内では反応室72aから反応溶液が供給され、反応溶液の水位が上昇する。水素発生剤34と反応溶液とが接触すると、第1実施形態と同様に、式(1)〜(3)により水素が発生する。反応室72b内の反応溶液の水位が仕切り73bに到達すると、仕切り73bが溶解して反応室72cに反応溶液が流入するとともに、反応室72b内での水素発生が終了する。
In the
反応室72b内の水が無くなると、バルブ76aが閉鎖される。次いで、バルブ76bが開放され、反応室72c内の水78が循環ライン74により反応溶液供給部33に搬送される。
When the water in the
上記反応工程中に反応副生成物の間に取り込まれた濃度が低下した場合は、第1実施形態と同様に、反応溶液供給配管12及び反応溶液供給部33からアルカリ金属水酸化物の水溶液が補充される。
この反応工程は、反応容器30内の全ての水素発生剤34が反応終了するまで繰り返される。
When the concentration taken in between the reaction by-products during the reaction step is reduced, the alkali metal hydroxide aqueous solution is supplied from the reaction
This reaction process is repeated until all the
ここで、反応室72b,72c内に反応溶液が流入する際には、予め反応室72b,72c内に収容されていた水の水位は、水素発生剤34の下端部より低いか、反応室72b,72c内に存在しないことが好ましい。こうなるように、反応室72b,72cに収容される水量が決定される。
Here, when the reaction solution flows into the
反応室72b,72c内の水量だけでは全ての水素発生剤34を反応させることができないので、不足分はタンク11から反応溶液供給配管12及び反応溶液供給部33を通じて水素発生装置70に供給される。
Since all of the
<排出工程(図9(b)(c))>
各反応室72aで発生した水素は、水素排出部77aを通じて水素発生装置70から排出される。反応室72b,72cで水素が発生した場合、主として反応が起こっている反応室72b,72cの水素排出部77b,77cから水素が排出されるが、一部は仕切り73a,73bの貫通部分を通じて他の反応室の水素排出部77a,77bからも排出される。
<Discharge process (FIGS. 9B and 9C)>
Hydrogen generated in each
<停止工程、再開工程>
第4実施形態の水素発生装置70で水素発生剤34が残存する状態で水素発生を停止する場合は、第1実施形態と同様のステップにより停止工程及び再生工程が実施される。
<Stopping process, resuming process>
When hydrogen generation is stopped in a state where the
第4実施形態の別の例として、水素発生装置70は、第2実施形態で説明した支持部可動装置を備えていても良い。この場合、第2実施形態で説明したように、停止工程及び再生工程で支持部可動装置を用いて水素発生剤を上下に変位させる。
As another example of the fourth embodiment, the
上記各実施形態において、水素発生装置から排出された水素には、NaOHなどのアルカリ金属水酸化物が含まれる場合がある。アルカリ金属水酸化物が燃料電池2に流入すると、燃料電池2の高分子膜に悪影響を与える。燃料電池システム1は、調圧弁8と水素発生装置との間であって温度計21及び圧力計22の水素ガス上流側に、アルカリ金属水酸化物を除去するための調温調湿度タンクが設置されても良い。
In each of the above embodiments, hydrogen discharged from the hydrogen generator may contain an alkali metal hydroxide such as NaOH. When the alkali metal hydroxide flows into the
図10は、調温調湿度タンクの一例である。調温調湿度タンク90は、タンク12と供給ライン91及び戻りライン92とにより連結される。調温調湿度タンク90に水位計93が設置されており、所定水位となるようにタンク11から調温調湿度タンク90に水が供給される。
FIG. 10 is an example of a temperature-controlled humidity tank. The temperature control /
調温調湿度タンク90内の水に浸漬するように、冷却器94が設置される。冷却器94にはポンプ95により海水などの冷媒が供給される。
A cooler 94 is installed so as to be immersed in the water in the temperature-controlled
水素発生装置からは、水素供給部7の水素供給配管96aにより、調温調湿度タンク90の底部に連結される。調温調湿度タンク90の上部は、水素供給部7の水素供給配管96bにより、燃料電池2に接続される。
The hydrogen generator is connected to the bottom of the temperature-controlled
水素発生装置11から排出された水素ガスは、水素供給配管96aを通って調温調湿度タンク90内の水内に供給される。水素ガス内のアルカリ金属水酸化物が水内に溶解し、水素ガスのみが水素供給配管96bから燃料電池2に送給される。水素発生装置からの水素ガスは高温であるため、調温調湿度タンク90内の水が蒸発して水位が低下し、水の温度が上昇する。水位計で計測される水位が所定値以下になった場合に、タンク11から水が補充される。また、水の温度が所定値以上になった場合に、冷却器94が作動し、冷媒と水との間で熱交換が行われて水が冷却される。
The hydrogen gas discharged from the
上記実施形態で説明した反応の進行を確認する試験を実施した。
メスシリンダ内にNaOH水溶液(7mol/l、約100ml)を入れた。板状の純アルミ片を紐で吊下げ、所定量をNaOH水溶液に浸漬した。この時、アルミ片は事前に重量計測されており、Al溶解量を確認しながら、NaOH水溶液へのアルミ片浸漬量をコントロールしつつ、アルミを溶解させた。このとき、供給水は反応で消費されるため、蒸発分を含め2倍当量の水を計測しながら供給した。
A test for confirming the progress of the reaction described in the above embodiment was performed.
An aqueous NaOH solution (7 mol / l, about 100 ml) was placed in the graduated cylinder. A plate-shaped pure aluminum piece was suspended with a string, and a predetermined amount was immersed in an aqueous NaOH solution. At this time, the aluminum pieces were weighed in advance, and the aluminum was dissolved while controlling the amount of aluminum pieces immersed in the NaOH aqueous solution while checking the amount of dissolved Al. At this time, since the supplied water was consumed by the reaction, it was supplied while measuring twice the equivalent amount of water including the evaporated content.
上記試験を行った結果、水を加えただけの試験で2倍当量のアルミニウム(19g×2倍)が水に溶解し、水素が発生することが確認できた。この試験結果から、NaOH存在下で式(3)の反応が起こっていると言える。
反応が継続すると黒色沈殿物及び白色沈殿物が観察された。この沈殿物はAl(OH)3と推定され、沈殿の堆積により液相が浅くなった。このときの堆積物の増加は、概ねアルミの溶解量の8〜10倍程度であるを確認している。この状況は、メスシリンダの容量制限による試験終了時まで継続された。また、本試験では容器内の液体に熱電対を浸漬し、反応中の温度を計測した。液温が50℃以上の場合は、液温が室温の場合よりも反応速度が速く水素の発生量が大きくなった。また容器壁面に液滴が飛散し沈殿物の付着が見られた。このことから液相の温度制御等の必要性が確認できた。
As a result of the above test, it was confirmed that double equivalent of aluminum (19 g × 2 times) was dissolved in water and hydrogen was generated in a test in which water was added. From this test result, it can be said that the reaction of the formula (3) occurs in the presence of NaOH.
As the reaction continued, black and white precipitates were observed. This precipitate was estimated to be Al (OH) 3 and the liquid phase became shallow due to the deposition of the precipitate. It has been confirmed that the increase in deposits at this time is about 8 to 10 times the amount of aluminum dissolved. This situation was continued until the end of the test due to the capacity limitation of the graduated cylinder. In this test, a thermocouple was immersed in the liquid in the container, and the temperature during the reaction was measured. When the liquid temperature was 50 ° C. or higher, the reaction rate was faster and the amount of hydrogen generated was larger than when the liquid temperature was room temperature. In addition, droplets were scattered on the wall of the container and deposits were observed. This confirmed the necessity of liquid phase temperature control and the like.
1 燃料電池システム
2 燃料電池
3 リチウム二次電池
4 負荷
5 酸素発生装置
6 酸素供給部
7 水素供給部
8 調圧弁
9 熱交換器
10,50,60,70 水素発生装置
11 タンク
12 反応溶液供給配管
13,18,19,75,95 ポンプ
14 起動装置
15,16,17,94 冷却器
20 制御部
21 温度計
22 圧力計
30 反応容器
31 支持部
32,77 水素排出部
33 反応溶液供給部
34,40 水素発生剤
35 反応溶液
36 混合層
37 堆積層
51 支持部可動装置
61 隔壁
62a〜62c,72a〜72c 反応室
63 アルカリ金属水酸化物
73 仕切り
74 循環ライン
76a,76b バルブ
78 水
90 調温調湿度タンク
91 供給ライン
92 戻りライン
93 水位計
96a,96b 水素供給配管
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記水素発生剤を前記反応容器の上部から吊下げ支持可能とする支持部と、
前記水素発生剤と前記反応溶液との反応により生成した水素ガスを前記反応容器から排出するための水素排出部と、
前記反応容器の上部から、前記反応で消費された水を前記反応容器内に供給する反応溶液供給部と、
前記反応溶液中の前記アルカリ金属の水酸化物の濃度を所定濃度内に管理すると共に、前記反応溶液の温度を所定値に制御する制御部とを備え、
前記水素発生剤の下端部の所定領域を前記反応溶液と接触させて、前記水素発生剤と前記反応溶液とを反応させて所定量の前記水素ガスを発生させるとともに、前記アルカリ金属を含まない反応副生成物を前記反応容器の底部に堆積させる水素発生装置。 A reaction vessel containing a hydrogen generator mainly composed of aluminum, capable of reacting with the hydrogen generator at the bottom, and capable of containing a reaction solution containing an alkali metal hydroxide;
A support part capable of hanging and supporting the hydrogen generating agent from the upper part of the reaction vessel;
A hydrogen discharge part for discharging the hydrogen gas generated by the reaction between the hydrogen generating agent and the reaction solution from the reaction vessel;
A reaction solution supply unit for supplying water consumed in the reaction into the reaction container from the upper part of the reaction container;
A control unit for controlling the concentration of the alkali metal hydroxide in the reaction solution within a predetermined concentration and controlling the temperature of the reaction solution to a predetermined value;
A predetermined region at the lower end of the hydrogen generating agent is brought into contact with the reaction solution, the hydrogen generating agent and the reaction solution are reacted to generate a predetermined amount of the hydrogen gas, and the reaction does not include the alkali metal. A hydrogen generator for depositing by-products on the bottom of the reaction vessel.
前記反応溶液供給部が前記第1反応室の一室の上部に設けられ、前記反応溶液供給部が前記第1反応室の一室に前記水を供給し、
前記第1隔壁と前記反応容器の上部の壁との間の空間を介して前記第1反応室の一室内の前記反応溶液が隣接する前記第1反応室の他の一室に流入可能である請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の水素発生装置。 A first partition wall whose upper end is connected to the bottom wall of the reaction vessel and is spaced apart from the upper wall divides the internal space of the reaction vessel into a plurality of first reaction chambers, and each of the first reaction chambers Contains the hydrogen generating agent,
The reaction solution supply unit is provided in an upper part of the chamber of the first reaction chamber, the reaction solution supply unit supplies the water to the chamber of the first reaction chamber;
The reaction solution in one chamber of the first reaction chamber can flow into another chamber of the adjacent first reaction chamber through a space between the first partition and the upper wall of the reaction vessel. The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 3.
アルミニウムを主成分とする仕切りが前記第2隔壁の上部に設置され、
前記反応溶液供給部が前記第2反応室の一室の上部に設けられ、前記反応溶液供給部が前記第2反応室の一室に前記水を供給し、
前記反応溶液が前記仕切りを溶解させて、前記仕切りが設置された空間を介して前記第2反応室の一室内の前記反応溶液が隣接する前記第2反応室の他の一室に流入可能である請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の水素発生装置。 A second partition connected to a bottom wall and an upper wall of the reaction vessel divides the internal space of the reaction vessel into a plurality of second reaction chambers, and each of the second reaction chambers contains the hydrogen generating agent. And
A partition mainly composed of aluminum is installed on top of the second partition;
The reaction solution supply unit is provided in an upper part of the chamber of the second reaction chamber, the reaction solution supply unit supplies the water to the chamber of the second reaction chamber;
The reaction solution dissolves the partition, and the reaction solution in one chamber of the second reaction chamber can flow into another chamber of the adjacent second reaction chamber through the space in which the partition is installed. The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 3.
前記制御部が前記支持部可動装置を駆動して、前記水素発生剤を上昇させて前記水素ガスの発生を停止させるとともに、前記水素発生剤を下降させて前記水素ガスの発生を再開する請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の水素発生装置。 The apparatus further includes a support unit moving device capable of moving the support unit up and down at the top of the reaction vessel,
The control unit drives the support unit movable device to raise the hydrogen generating agent to stop the generation of the hydrogen gas, and lower the hydrogen generating agent to restart the generation of the hydrogen gas. The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 6.
アルカリ金属の水酸化物を含む反応溶液が前記反応容器内で所定の液面の高さになるまで、前記反応容器内に水を供給する反応溶液供給工程と、
前記水素発生剤の下端部と前記反応溶液とが接触し、前記反応溶液中の前記アルカリ金属の水酸化物の濃度を所定濃度内に管理されると共に、前記反応溶液の温度が所定値に制御されて、前記水素発生剤と前記反応溶液との反応により所定量の水素ガスが発生するとともに、前記アルカリ金属を含まない反応副生成物が前記反応溶液の底部に堆積する反応工程と、
前記水素ガスが前記反応容器から排出される排出工程とを含む水素発生方法。 A storage step of suspending a hydrogen generating agent mainly composed of aluminum from the upper part of the reaction vessel and storing it in the reaction vessel);
A reaction solution supplying step of supplying water into the reaction container until a reaction solution containing an alkali metal hydroxide reaches a predetermined liquid level in the reaction container;
The lower end of the hydrogen generator and the reaction solution are in contact with each other, the concentration of the alkali metal hydroxide in the reaction solution is controlled within a predetermined concentration, and the temperature of the reaction solution is controlled to a predetermined value. A reaction step in which a predetermined amount of hydrogen gas is generated by the reaction between the hydrogen generating agent and the reaction solution, and a reaction by-product not containing the alkali metal is deposited at the bottom of the reaction solution;
A hydrogen generation method including a discharge step of discharging the hydrogen gas from the reaction vessel.
前記反応溶液供給工程において、前記第1反応室の一室に前記水が供給され、
前記反応工程において、前記第1反応室の一室で前記アルカリ金属の水酸化物を含む前記反応溶液と前記第1反応室の一室内の前記水素発生剤とが接触して前記水素ガスが発生し、
前記第1反応室の一室が前記反応溶液で満水になった後、前記反応溶液を収容する前記第1反応室の一室に隣接する前記第1反応室の他の一室に、前記反応溶液が流入する請求項10乃至請求項12のいずれかに記載の水素発生方法。 In the storing step, the hydrogen generating agent is placed in each of the first reaction chambers in which the inner space of the reaction vessel is divided into a plurality of portions by a first partition wall whose upper end is spaced apart from the upper wall of the reaction vessel. Stowed,
In the reaction solution supply step, the water is supplied to one chamber of the first reaction chamber,
In the reaction step, the hydrogen gas is generated by contacting the reaction solution containing the alkali metal hydroxide with the hydrogen generating agent in the first reaction chamber in one chamber of the first reaction chamber. And
After one chamber of the first reaction chamber is filled with the reaction solution, the reaction is performed in another chamber of the first reaction chamber adjacent to the one chamber of the first reaction chamber containing the reaction solution. The method for generating hydrogen according to any one of claims 10 to 12, wherein the solution flows in.
前記反応溶液供給工程において、前記第2反応室の一室に前記水が供給され、
前記反応工程において、前記第2反応室の一室で前記アルカリ金属の水酸化物を含む前記反応溶液と前記第2反応室の一室内の前記水素発生剤とが接触して前記水素ガスが発生し、
前記仕切りと前記第2反応室内の前記反応溶液とが接触して反応し、前記仕切りが前記反応溶液に溶解し、
前記反応溶液を収容する前記第2反応室の一室に隣接する前記第2反応室の他の一室に、前記仕切りが設置されていた空間を通じて前記反応溶液が流入する請求項10乃至請求項12のいずれかに記載の水素発生方法。 In the storing step, a plurality of internal spaces of the reaction vessel are provided by a second partition wall that is connected to a bottom wall and an upper wall of the reaction vessel and a partition mainly composed of aluminum is installed on the upper wall side. The hydrogen generating agent is stored in each of the second reaction chamber partitioned by
In the reaction solution supply step, the water is supplied to one chamber of the second reaction chamber,
In the reaction step, the hydrogen gas is generated by contacting the reaction solution containing the alkali metal hydroxide in the chamber of the second reaction chamber with the hydrogen generating agent in the chamber of the second reaction chamber. And
The partition and the reaction solution in the second reaction chamber come into contact and react, and the partition dissolves in the reaction solution,
The said reaction solution flows into the other chamber of the said 2nd reaction chamber adjacent to the one chamber of the said 2nd reaction chamber which accommodates the said reaction solution through the space in which the said partition was installed. 12. The method for generating hydrogen according to any one of 12 above.
前記反応工程において、前記収納工程で収納された前記水が、前記第2反応室の一室に搬送される請求項14に記載の水素発生方法。 In the storing step, the water is stored in another chamber of the second reaction chamber other than the one of the second reaction chamber,
The hydrogen generation method according to claim 14, wherein in the reaction step, the water stored in the storage step is transported to one chamber of the second reaction chamber.
前記水の供給を再開する、あるいは、前記水素発生剤を下降させることによって、前記水素ガスの発生を再開させる再開工程とを更に含む請求項10乃至請求項15のいずれかに記載の水素発生方法。 The reaction step is a step of stopping the generation of the hydrogen gas by stopping the supply of the water or raising the hydrogen generating agent;
The hydrogen generation method according to claim 10, further comprising a restarting step of restarting the generation of the hydrogen gas by restarting the supply of water or lowering the hydrogen generating agent. .
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